高中生物学课堂中学科关键能力的培养策略

［摘 要］生物学学科关键能力是构成学生学科核心素养的重要组成部分。文章以“染色体数量变异”一课为例，探究高中生生物学学科关键能力的培养路径。通过深入分析发现，培养高中生生物学学科关键能力的策略包括创设真实情境、问题引导、构建模型、运用模型等。这些策略有助于突破教学难点，促进高中生生物学学科关键能力的发展，进而提升其学科核心素养。

［关键词］高中生；学科关键能力；培养策略；染色体数量变异

［中图分类号］    G633.91                ［文献标识码］    A                ［文章编号］    1674-6058（2025）05-0088-04

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）提出：“学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。”[1]生物学学科关键能力是指在面对不同生物学学科相关情境时，所展现的面对问题、分析问题和解决问题的能力。高中生的生物学学科关键能力不仅包括阅读理解能力、信息提取能力、归纳总结能力、理论联系实际能力和演绎推理能力，还包括动手操作能力和实验设计能力等[2]。培养高中生的生物学学科关键能力，应以核心素养的四个方面为指导，并在培养关键能力的同时提升学生的学科核心素养。

一、教学内容分析

（一）研读课标，明确要求

高中生的生物学学科关键能力的培养涉及多个方面。在《课程标准》的指导下，教师应结合教材内容，针对生物学学科关键能力的培养要素，设置教学环节，优化课堂结构，引导学生高效学习，在课堂教学中有效培养学生的生物学学科关键能力。

《课程标准》中强调了大概念“遗传信息控制生物性状，并代代相传”，重要概念“由基因突变、染色体变异和基因重组引起的变异是可以遗传的”，次位概念“举例说明染色体结构和数量的变异都可能导致生物性状的改变甚至死亡”，以及下位概念“染色体数量变异”。“染色体数量变异”是本节内容的教学重难点。“染色体组”是本节课的重要概念，因其远离学生日常生活且较为抽象，在教学过程中需要重点突破。

（二）解读教材，研析策略

“染色体变异”是苏教版高中生物学教材（2019版）必修2第三章第一节的内容，主要聚焦于染色体数量变异。该节在教材中起着承上启下的作用，既承接了前一节关于细胞分裂和基因重组的内容，又为下一节“人类遗传病”中染色体异常遗传病的学习奠定了基础。在教学过程中，教师可通过构建果蝇染色体组的物理模型，引导学生体验建模思维过程，在理解和掌握“染色体组”这一生物学概念的基础上，培养学生的构建模型和运用模型能力、科学思维能力和动手操作能力；通过创设真实情境和问题情境，引导学生在阅读资料和观看视频的过程中提取关键信息，通过问题串逐步理解单倍体、二倍体和多倍体的概念，培养学生的信息提取能力和理论联系实际能力；通过科学探究实验，引导学生对实际生活中的现象提出问题，结合资料做出假设，并设计和实施实验，在科学探究中培养学生的科学思维能力、科学探究能力和动手能力。

二、核心素养目标

本节课围绕着染色体组和染色体数量变异这两个核心内容展开，通过问题串的引导和模型构建的过程，激发学生思考，帮助他们深入理解染色体组等概念。在《课程标准》的指导下，笔者结合教材内容，基于学生本阶段的认知特点和发展需求，确立了如表1所示的核心素养目标。

三、关键能力的培养策略

（一）构建物理模型，培养演绎推理能力和科学思维能力

《课程标准》在学科核心素养的科学思维方面明确提出，要培养学生的“模型与建模”思维[1]。模型建构作为一种通过构建模型来研究、揭示原型的形态、特征和本质的方法，是生物学教学的基本方法之一。在生物学课堂教学中，教师应引导学生构建模型、分析模型，并在此过程中帮助学生建立核心概念，引导学生进行科学探究，进而培养演绎推理能力和科学思维能力[3]。

【教学片段1】

教师提供情境资料1：

师：这里有一些图形，请大家对这些图形进行分组。哪位同学来说一说你是如何分组的？

生1：我将其分为两组，两个三角形为一组，两个月牙形为一组。

生2：我也将其分为两组，每组中都是一个三角形和一个月牙形。

师：两位同学的分组方式都没有问题。如果大家是研究员，需要对这组图形进行研究，你们觉得哪种分组方式会更好呢？

生：第二种分组方式更好，因为每一组都包含了所有图形的类型，任意挑选一组都可以进行全面的研究。

师：现在要对果蝇的染色体进行研究，你会如何对它们进行分组？

师：每两位同学为一组，每组会发一个材料包，请同学们利用材料包内的材料找出并拼出果蝇的全部染色体。在拼之前先回顾一下几个关于果蝇染色体的知识点。果蝇一共有多少条染色体？

生：一共有8条。

师：这8条染色体是如何组成的？

生：由3对常染色体和1对性染色体组成。

（学生分组进行果蝇染色体模型的构建，教师请一组学生上台展示。）

师：同学们已经构建好了果蝇染色体模型，现在请把你们构建的果蝇染色体模型进行分组，并请一位同学上台展示，说一说分组的理由。

（学生上台展示。）

生：我采用了和之前图形分组类似的方法，把不同的染色体分到了一组，共分成两组。作为实验员，我只需要研究其中的一组共4条染色体，就可以了解果蝇的全部染色体信息，而不需要把8条染色体全部研究一遍，这样可以节约宝贵的时间。

师：这一组染色体有什么特点呢？

生：它们的大小和形态各不相同，是一组非同源染色体。

师：这样一组在细胞中相互协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异的染色体，称为一个染色体组。

【教学分析】

在教学片段1中，教师创设了真实情境，让学生分组对常见的图形进行分类。这一设计提高了学生的接受度和参与度。图形分组过程既为学生构建果蝇染色体组的概念做好了思维上的准备，也为学生深入理解染色体组这一概念奠定了基础。

接着，教师引导学生运用图形分组的思维，构建果蝇染色体组的物理模型，使抽象的概念形象化。在问题串的引导下，学生集中注意力，跟随教师的思路一步步思考，最终构建出染色体组的概念模型。本教学片段不仅培养了学生的构建模型和运用模型能力，还培养了学生的演绎推理能力和科学思维能力。

（二）创设真实情境，培养信息提取能力和理论联系实际能力

《课程标准》中指出，在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的价值观、必备品格与关键能力，是学生知识、能力、情感态度与价值观的综合体现[1]。在本节课中，教师选取学生生活中常见的动物——蜜蜂作为情境素材，设置层层递进的任务活动和问题，引导学生在做中学，培养学生的信息提取能力和运用理论知识解决实际问题的能力。

【教学片段2】

教师提供情境资料1：

教师提供情境资料2：蜜蜂分为蜂王（2n=32），雄蜂（n=16）和工蜂（2n=32）。蜂王（2n=32）产生卵细胞（n=16），卵细胞可不经过受精作用直接发育成雄蜂（n=16）。雄蜂产生精子（n=16），精子和卵细胞结合形成受精卵，受精卵发育成幼虫（2n=32）。幼虫（2n=32）吃5天蜂王浆，16天发育成蜂王（2n=32）；吃2到3天蜂王浆，21天发育成工蜂（2n=32）。工蜂无生殖能力。

师：这3种蜜蜂都是由什么发育而来的？

生：蜂王和工蜂由受精卵发育而来，雄蜂由卵细胞发育而来。

师：由配子直接发育而来的个体是单倍体。因此，雄蜂是几倍体？

生：雄蜂是单倍体。

师：蜜蜂的细胞内都有几个染色体组？

生：蜂王和工蜂有2个染色体组，雄蜂有1个染色体组。

师：由受精卵发育而来、细胞内有2个染色体组的蜂王和工蜂就是二倍体。那么，作为单倍体的雄蜂有什么特点？作为二倍体的蜂王和工蜂又有什么特点？

生1：单倍体雄蜂比二倍体蜂王和工蜂的个头要小，染色体数量是蜂王和工蜂的一半，并且不育。

生2：二倍体的蜂王和工蜂个头大，具有生育能力，可以产生生殖细胞。

教师提供情境资料3：

师：这是我们生活中常见的玉米、马铃薯和香蕉。玉米有2个染色体组，马铃薯有4个染色体组，香蕉有3个染色体组，它们是几倍体呢？

生：玉米是二倍体，马铃薯是四倍体，香蕉是三倍体。

师：三倍体、四倍体也可以统称为多倍体。

【教学分析】

本教学片段通过创设真实情境，提供了丰富的图片和文字资料。通过设置层层递进的问题，引导学生有目的地提取关键信息，并进行归纳总结。在回答问题的过程中，学生理解了单倍体、二倍体和多倍体的概念。本教学片段有效培养了学生的信息提取能力和总结能力。

【教学片段3】

教师提供情境资料1：

师：享誉世界的某音乐指挥家，在音乐指挥上有着惊人的天赋。但是，他患有一种先天性疾病——先天愚型。资料中呈现了他的染色体图，大家观察一下，他的染色体和正常人的染色体有什么不同？

生：他比正常人多了一条染色体，而且是第21对染色体中多了一条。

师：先天愚型又称21三体综合征，患者的体细胞共有47条染色体。这属于染色体数量变异中的个别染色体数量的增加。

教师提供情境资料2：

师：资料中展示的是果蝇的染色体，左边是正常染色体，右边染色体的数量增多了。它是以什么形式增加的？

生：它是以染色体组的形式成倍增加的。

师：这属于染色体数量变异中的一种类型，即以染色体组的方式成倍增加或减少。大家回忆一下，我们刚上课时提到的培育出的无子西瓜是否属于染色体数量变异？

生：属于。

师：它属于染色体数量变异的哪一种类型？

生：以染色体组的方式成倍增加。

师：前面展示的无子西瓜有几个染色体组？

生：3个。

师：大家思考一下，3个染色体组能否正常进行减数分裂？能否正常联会？

生：应该不能。

师：因此无子西瓜是不育的。

【教学分析】

本教学片段通过“教师呈现资料—教师提问引导—学生提取信息并回答—教师再次提问引导—学生归纳总结并回答”的教学过程来完成染色体数量变异的教学。教师通过展示资料，提升了学生学习生物学的兴趣，并引导学生用生物学知识解释生活中的问题。在这种教学模式中，教师的提问吸引了学生的注意力，通过一问一答的方式，提升了学生思考问题的能力、信息提取和归纳的能力以及理论联系实际解决问题的能力。

（三）设置探究性实验，培养动手操作能力和科学探究能力

探究性实验相比其他类型的实验，对学生和教师均提出了更高的要求。教师需要创设情境，提出启发性问题，引导学生自主探索、设计实验方案、动手做实验、与同学合作交流、分析实验结果、得出正确结论。这类实验一般包括提出问题、做出假设、设计实验、实施实验、得出结论等几个步骤，强调学生的自主探究[4]。在探究实验的过程中，学生的动手操作能力和科学探究能力得到了有效的提升。